Квантова співпраця вчених додає новий важіль до загадок Всесвіту

Вчені використали новітні дослідження в квантових обчисленнях і квантових технологіях, щоб розробити радикально новий підхід до визначення того, як наш Всесвіт працює на самому фундаментальному рівні.

Про це розповідають в Ноттінгемському університеті (Великобританія).

Міжнародна група експертів, очолювана вказаним вишом, продемонструвала, що для створення певного інформаційного компонента, необхідного для квантових обчислень, може бути використана лише квантова, а не класична гравітація. Їхнє дослідження “Негауссіальність як ознака квантової теорії гравітації” було опубліковано в журналі “PRX Quantum” 17 лютого.

Доктор Річард Хоул, який керував дослідженням під час роботи в Школі математики Ноттінгемського університету, сказав: “Більше ста років фізики намагалися визначити, як дві основоположні теорії науки, квантова теорія та загальна теорія відносності, які відповідно описують мікроскопічні та макроскопічні явища, уніфіковані в єдину всеосяжну теорію природи.

За цей час вони виробили два принципово протилежних підходи, які називаються «квантова гравітація» та «класична гравітація». Однак повна відсутність експериментальних доказів означає, що фізики не знають, який підхід насправді застосовує всеохоплююча теорія, і наше дослідження пропонує експериментальний підхід до вирішення цього питання”.

Це нове дослідження, яке являє собою співпрацю між експертами з квантових обчислень, квантової гравітації та квантових експериментів, виявило несподіваний зв'язок між полями квантових обчислень і квантовою гравітацією і використовує це, щоб запропонувати спосіб експериментально перевірити, що існує квантова, а не класична гравітація.

Пропонований експеримент передбачав би охолодження мільярдів атомів у сферичній пастці міліметрового розміру до надзвичайно низьких температур, у результаті чого вони переходять у нову фазу речовини, яка називається конденсатом Бозе-Ейнштейна, і починають поводитися як один великий квантовий атом. Потім до цього "атому" прикладають магнітне поле, щоб він відчував лише власне гравітаційне тяжіння. При цьому, якщо одиничний гравітаційний атом продемонструє ключовий інгредієнт, необхідний для квантових обчислень, який цікаво пов’язаний з "негативною ймовірністю", природа повинна прийняти підхід квантової гравітації.

Цей запропонований експеримент використовує сучасні технології, включає лише одну квантову систему, гравітаційний "атом", і не покладається на припущення щодо локальності взаємодії, що робить його простішим, ніж попередні підходи, і, можливо, сприяє проведенню першого експериментального тесту квантової гравітації. Тоді фізики, після більш ніж ста років досліджень, нарешті отримали б інформацію про справжню всеосяжну, фундаментальну теорію природи.

Доктор Маріос Христодулоу, з Гонконзького університету, який був учасником співпраці, додав: “Це дослідження є особливо захоплюючим, оскільки запропонований експеримент також поєднувався б з більш філософською ідеєю про те, що Всесвіт поводиться як величезний квантовий комп'ютер, який обчислює сам себе, демонструючи, що квантові коливання простору-часу є величезним природним ресурсом для квантових обчислень”.

Дослідження об’єднало фізиків-експериментаторів та теоретиків з різних дисциплін та міжнародних дослідницьких установ. Інші автори: Річард Хаул, Влатко Ведрал (Оксфорд та Сінгапур), Деванг Найк (CNRS, Бордо), Маріос Христодоулу (Гонконг та Оксфорд), Карло Ровеллі (Марсель) та Адітя Айєр (Оксфорд).